Око-процесорна обробка та розпізнавання образної інформації за геометричними ознаками

РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ФОРМУВАННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ ОЗНАК ТА ФОРМАЛЬНІ МОДЕЛІ ОПИСУ ЗОБРАЖЕНЬ
Для розпізнавання зображень в реальному часі початковою є проблема виділення та
обробка їх ознак. Для цієї проблеми властивим є підхід, за яким зображення
нормується для порівняння з еталонами, для чого потрібна попередня обробка, що
передбачає “центрування” зображень. Більш того, щоб підвищити швидкодію процесу
розпізнавання, а також суттєво спростити саму процедуру, провідною тенденцією
стає відхід від класичної “початкової” обробки і перехід до моделей
біологічного типу [33,108], або за допомогою нейроподібних засобів [53,121]
розпізнавання за ознаками. Серед таких ознак найсуттєвішими є геометричні [9,
21,56,70] та моментні ознаки [6,10,77].
Велику частину інформації про зображення несуть його геометричні
характеристики, в зв'язку з тим, що зображення подається як геометрична модель
об'єкта [25,72]. До геометричних параметрів об'єкта належать: відстань, площа,
периметр, об'єм, орі­єнтація і т. п. Ці параметри обчислюють під час аналізу
зображень для отримання най­повнішої інформації про об'єкт.
Особливо суттєвим для створення сучасних око процесорних систем [43,62]
технічного зору є аргументація вибору моделей і алгоритмів паралельної обробки
з визначенням центру зв’язності [66] і вісі орієнтації [72]зображень.
2.1. Методика формування центру зв’язності і вісі орієнтації зображень
Визначення центру зв’язності зображення. Якість розпізнавання в більшій мірі
залежить від того, наскільки сукупність знайдених ознак відображає найсуттєвішу
різницю об’єктів різних класів і схожість об’єктів одного і того ж класу. Але
універсального підходу до виявлення інформативних ознак не існує і до кожної
задачі розпізнавання проблему ознак треба вирішувати окремо. Пропонується в
методологічному плані деякий загальний підхід до формування ознак для значного
класу двовимірних бінарних та напівтонових зображень, який базується на аналізі
характеристичних точок [65,73,136].
Ознаки зображення поділяють на кількісні, які безпосередньо вимірюються та
якісні, які позначаються символами. Деякі з них визначаються за допомогою
контурів зображень, причому вимірювання цих ознак можна робити у масштабі
дійсного часу. Задачею символьного опису зображень є перехід від набору
найпростіших ознак до суттєво меншого набору засобів опису, які можуть служити
як початкові дані для подальшої семантичної інтерпретації. Типові графічні
символи у вигляді ланцюжка контурних точок утворюють межу об’єкта, зв’язані
області постійної яскравості, кольору чи температури. Геометричні фігури,
прямокутники, трикутники, кола також можуть бути такими символами.
Головний етап під час формування символьного опису зображення полягає в тому,
що визначення геометричних співвідношень і зв’язності між елементами повинно
бути за умови належності їх до одного класу. В основі більшості методів
визначення зв’язності лежить цифрова модель, яка здійснена на основі
розрахунків точок прямокутного растру, поля безперервного зображення. Метою
даного метода є формування простих ознак для аналізу бінарних та напівтонових
зображень, за допомогою яких можна описувати та ідентифікувати різні
геометричні фігури, які мають складну форму. Основний етап при формуванні
символьного опису зображення полягає у визначенні геометричних співвідношень
зв’язності між елементами. В основі метода визначення зв’язності лежить цифрова
модель, отримана на базі розрахунків точок прямокутного растра, поля
безупинного зображення.
Метод визначення центра зв’язності заснований на способі урівноваження сум
зв’язності. Із загального випадка багатоградаційних зображень розглядається
деякий елемент, який зв’язаний із вісьмома сусідніми [104]
(рис. 2.1).
Рис. 2.1. Направлення елементів зв’язності
Для дослідження застосовані бінарні зображення у вигляді плоских геометричних
фігур в декартовій системі координат. Дискретні елементи контурного зображення
мають логічні ознаки, які приймають значення 1 чи 0 і визначаються з умови
належності до лінії контуру (рис.2.2).
Рис. 2.2. Контурне представлення зображення
Насамперед визначається сума зв’язності всіх елементів, які мають значення 1
(рис. 2.3), потім зв’язність кожного елементу 0 з елементами 1 (рис. 2.4).
Рис. 2.3. Зв’язність одиничних елементів
Рис. 2.4. Зв’язність нульових елементів
Далі зображення зміщуються та обчислюється сума всіх елементів, а бінарного
зображення окремо по горизонталі і вертикалі (рис.2.5).
Рис. 2.5. Зв’язність суміщених одиничних і нульових елементів
Методом урівноваження визначається рівність сум зв’язності по вертикалі і
горизонталі. Отримані таким чином дві взаємоперпендикулярні лінії формують
координати центра зв’язності (рис.2.6).
Рис. 2.6. Формування центра зв’язності зображення: x=18,45; y=22,25
На основі вище розглянутого метода побудована математична модель урівноваження
отриманих елементів бінарного зображення.
Позначимо через - зв’язність одиничного елемента , , а через - зв’язність
нульового елемента , .
Потрібно визначити для яких координат , буде справедлива рівність сум
зв’язностей одиночних і нульових бінарних елементів:
- зв’язність одиничного елемента , .
- зв’язність нульового елемента , .
Урівноважування по стовпцях і рядках повинне задовольняти такій системі умов:
(2.1)
Розглянутий метод важко застосувати для напівтонових зображень.
В цьому випадку необхідно використовувати операції узагальненого контурного
препарування і окремо аналізувати суми зв’язностей одиничних , нульових і
від’ємних препаратів.
Тоді аналогічно системі умов (2.1) доцільно зробити урівноваж